Рециркуляция дымовых газов как инструмент регулирования топочного процесса

Сфера применения газовой рециркуляции

Парадоксальное на первый взгляд техническое решение — подавать в топку дымовые газы для регулирования топочных процессов — достаточно давно используется на практике. Со временем цели его трансформируются, сфера приложения расширяется, при этом все в большей мере использование его носит комплексный характер. Ввод дымовых газов в топку используется для решения целого ряда технологических и экологических задач:

• — снижение температуры газов на выходе из топки при высоких нагрузках путем присадки дымовых газов в верхнюю часть топки до уровня требуемого по условиям предотвращения загрязнения конвективных поверхностей нагрева, а также для лучшего распределения газов по сечению топки. Ввод газов рециркуляции в верхнюю часть топки уменьшает также тепловосприятие ширм, позволяет облегчить температурные условия работы труб ширм, увеличивая перегрев пара в последующих участках пароперегревателя. В отечественной практике рециркуляция в верхнюю часть топки (вихревой, прямоточной) используется, прежде всего, как один из способов обеспечения бесшлаковочной эксплуатации, поддержания расчетной температуры продуктов сгорания на выходе из топки, обеспечения равномерности температуры потока газов по глубине топки;
• — выравнивание профиля температур дымовых газов на выходе из топки в мощных котлах путем подачи дымовых газов через шлицы в верхней части топочной камеры;
• — регулирование уровня температуры дымовых газов на выходе из топки и соответственно температуры перегрева пара вводом дымовых газов в нижнюю часть топки. При пониженных нагрузках рециркуляция дымовых газов в нижнюю часть топки (через холодную воронку) используется также для регулирования температуры промежуточного перегрева пара и одновременно для уменьшения тепловосприятия в топке с целью снижения температуры стенок труб экранов;
• — снижение максимальной тепловой нагрузки экранов НРЧ осуществляется рециркуляцией дымовых газов в нижнюю часть топки различными путями (через горелки, непосредственно в нижнюю часть топки через систему сопел);
• — предотвращение образования «воздушных» оксидов азота достигается снижением температурного уровня топочного процесса вводом дымовых газов непосредственно в топку в нижней ее части либо через горелки;
• — предотвращение образования «топливных» оксидов азота вводом рециркулирующих дымовых газов через горелки в качестве изолирующей среды, разделяющей потоки аэросмеси и вторичного воздуха, а также путем разбавления воздуха нейтральной средой и снижения концентрации окислителя в факеле;

• — транспортировка и распределение в сечении топки вспомогательного топлива при формировании восстановительной зоны системы трехступенчатого сжигания;
• — регулирование температуры сушильного агента, используемого для сушки высоковлажных либо высокореакционных топлив, присадкой дымовых газов (450—1000 °С) к сушильному агенту;
• — предотвращение сепарации недогоревшей и невоспламенившейся угольной пыли вводом рециркулирующих дымовых газов через холодную воронку.

Рециркуляцию дымовых газов используют также для одновременного решения ряда задач. Так, ввод рециркулирующих газов в холодную воронку позволил на котле типа ПК-14 предотвратить значительную сепарацию недогоревших угольных частиц при снижении выхода оксидов азота на 15—17%.

Метод рециркуляции дымовых газов остается актуальным, он находит новые сферы приложения в системах сжигания энергетического топлива. В новейших разработках камер сгорания ГТУ с температурой газов до 1700 °C рециркуляция отработанных газов осуществляется для уменьшения образования воздушных оксидов азота.

Таким образом, целенаправленность использования рециркулирующих газов в конкретных топочных устройствах для реализации тех или иных рассмотренных механизмов воздействия на топочный процесс определяет соответствующее специфическое конструктивное решение и эффективность системы рециркуляции в целом. Организация ввода рециркулирующих газов в топку непосредственно в топочную камеру и через горелки (в смеси с воздухом или по отдельному каналу) до последнего времени существенно трансформировалась не только применительно к новым задачам, но также с расширением представлений о механизме воздействия рециркулирующих газов. Этот способ остается универсальным эффективным способом корректировки топочного режима как в газомазутных, так и пылеугольных котлах.

Таким образом, рециркуляция дымовых газов в топку принципиально меняет не только аэродинамическую структуру топочного объема, внося новые процессы в турбулентный крупномасштабный массобмен, но также и изменяет состав топочных газов, существенно увеличивает их количество.

Применение рециркуляции дымовых газов в топку связано со снижением КПД котла в среднем на 0,03—0,06% на каждый 1% кратности рециркуляции.